化工原理习题课.docx

1.某固体壁厚b=500mm,其导热系数℃)。已知壁的一侧流体温度Ｔ＝230C,其对流传热系数a=50W/(m.℃);另一侧流体温度t=30℃,对流传热系数m2℃).若忽略污垢热阻，试求：（1）热通量q; （2）距热壁面２５mm处的壁温t。
解： （1）热通量q

=℃)/W
q=
(2) 壁温 q=

=230-378(=213℃
2、某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成；
耐火砖 b1=230mm， l1=1.05 W/(m·℃)
绝热砖 b2=230mm， l2=0.151W/(m·℃)
建筑砖 b3=240mm， l3=0.93W/(m·℃)
已知耐火砖内侧温度为1000℃，耐火砖与绝热砖界面处的温度为940℃，要求绝热砖与建筑砖界面处的温度不得超过138℃，试求：
（1） 绝热层需几块绝热砖；
（2） 普通砖外侧温度为多少？
解：（1）b2=?

230mm<b2=442mm<230×2mm
则：绝热层需两块绝热砖。
校核t2=?

（2）t4=?

3.一立式换热器规格如下：管长3m，管数30根，管径为 φ mm，管程为1。现拟选用此换热器冷凝、冷却 饱和蒸气，使之从饱和温度46 ℃ 降至10 ℃ ， 走管外，其流量W=0.07kg/s，其冷凝潜热为356kJ/kg，比热容为1.05kW/(kg℃) 。水走管内，且与呈逆流流动。冷却水进出口温度为5 ℃ 和30℃ 。已知冷凝和冷却段基于换热管外表面的总传热系数分别为(℃) 和(℃)。问此换热器是否合用？

解：（1）以管子外表面为基准计算已有换热器的传热面积：

（1） 求所需的传热面积
① 冷凝段与冷却段的传热量

水
CS2

冷凝段

K1
②两段的平均温差
总传热量：
冷却水用量
K2
冷却段

冷却水离开冷却段的温度
水
CS2
℃
冷凝段的平均温差
℃
℃ ℃
冷却段的平均温差
℃
℃
③所需传热面积
冷凝段
冷却段

A>，即已有传热面积大于所需传热面积，所以此换热器合用。

4.有一套管式换热器，内管为 的钢管，内管中有质量流量为3000kg/h的热水，从90℃冷却到60℃。环隙中冷却水从20℃升到50℃。总传热系数 。试求：(1)冷却水用量；(2)并流流动时的平均温度差及所需传热面积；(3)逆流流动时的平均温度差及所需传热面积

5.重油和原由在单程套换热器中呈并流流动，粮站油的初温分别为243℃和128℃；终温分别为167℃和157 ℃。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及他们的终温。假设在两种流动情况下，流体的无性和总传热系数均不变，换热器的热损失可以忽略。
解：由题意得：
并流时：热流体（重油）：T1=243℃ → T2=167℃
冷流体（原油）：t1=128℃ → t2=157℃
∴ Q =WhCph（T1 - T2 ）=76 WhCph
=WcCpc（t2-t1）=29WcCpc
=K0S0Δtm

Δtm =（Δt1- Δt2）/ln（Δt1/Δt2）=43
改为逆流后：热流体（重油）：T1=243℃ → T2，=？
冷流体（原油）：t2，=？ ← t1=128℃
同理：
Q ，=WhCph（T1 - T2， ）=（243- T2，）WhCph
=WcCpc（t2，-t1）=（t2，-128）WcCpc
=K0S0，Δtm，
∴29/（t2，-128）=76/（243- T2，） ∴T2，=578.45-2.62 t2， --------（1）
Δtm，=[（243- t2，）-（T2，-128）]/ln[（243- t2，）/（T2，-128）] -------（2）
又 Q/Q*= Δtm / Δtm，=29/（t2，-128） ------（3）
由（1）（2）（3）解得 t2，=161.41℃ T2，=155.443℃ Δtm，=49.5℃

6.用传热面积=的蛇管加热器加热容器中的某油品，拟将油温从升至。已知加热器的总传热系数，油品质量，比热容。容器外表面散热面积 ,空气温度℃,空气与器壁的对流传热系数，加热蒸汽的压强为， 时蒸气的饱和温度。试求：
（1） 所需加热时间；
（2） 油品能否升至。
解：油品从升至所需时间
查表得， 时蒸气的饱和温度
蛇管加热器的传热速率
式中 t —任一瞬间油品温度，
油品的吸热速率
器壁的散热速率
由热平衡关系
故
将已知条件代入

整理
积分

(2) 油品可能升至的最高温度
令加热器的传热量与器壁的散热量相等
即
代入数据
解之 t=86.9℃<90℃
由计算结果知：油品从20℃升至80℃需2.17h。油温最高升至86.9℃，不能达到90℃

7. 在一内管为f25´2.5mm的套管式换热器中，CO2气体在管程流动，对流传热系数为40 W/(m2×℃)。壳程中冷却水的对流传热系数为3000W/(m2×℃)。试求：（1）总传热系数；（2）若管内CO2气体的对流传热系数增大一倍，总传热系数增加多少；（3）若管外水的对流传热系数增大一倍，总传热系数增加多少；（以外表面积计）
解：

查得碳钢的导热系数
取管内CO2侧污垢热阻Rs2=0.53´10-3 (m2×K/W)
管外水侧热阻 Rs1=0.21´10-3 (m2×K/W)
(1)总传热系数（以外表面积计）

（2）管内CO2气体的对流传热系数增大一倍，即a¢2=80W/(m2×K)

总传热系数增加92.8%
（3）若管外水的对流传热系数增大一倍，a¢1=6000W/(m2×K)

总传热系数增加0.7%